用于從重質燃油中去除雜質的系統和方法
【專利摘要】本申請提供一種用于從重質燃油中去除雜質的系統和方法，包括用于燃氣渦輪發動機的燃料輸送系統，該燃料輸送系統用于與重質燃油流一起使用。該燃料輸送系統可以包括與燃氣渦輪發動機連通的一個或多個燃料線路以及定位在一個或多個燃料線路上游的鎂混合系統。鎂混合系統可以包括：鎂流和載體流體流；載體混合室，載體混合室用于混合鎂流與載體流體流，以形成混合載體流；以及重質燃油混合室，重質燃油混合室用于混合重質燃油流與混合載體流。
【專利說明】用于從重質燃油中去除雜質的系統和方法
【技術領域】
[0001]本申請以及所獲得的專利總體涉及燃氣渦輪發動機及其燃料系統，并且更具體地涉及用于通過減輕對燃氣渦輪機熱氣路徑部件的后燃影響來降低由于燃燒重質燃油而產生的金屬雜質(例如釩等)的影響的系統和方法。
【背景技術】
[0002]重型燃氣渦輪機可以通過天然氣、輕質原油、重質燃油、殘余燃油以及其它類型的低等級可燃液體燃料進行操作。(各種單獨或組合的燃料都將在本申請中被稱為重質燃油)。這種低等級燃料可能成本相對較低，但是這種燃料可能含有不期望的污染物(例如釩和其它類型的金屬)。在燃燒期間，釩發生反應從而形成不期望的腐蝕性化合物，例如氧化釩(v2o5)。這些釩化合物可能對燃氣渦輪發動機中的熱氣體路徑部件具有腐蝕作用。具體而言，釩化合物可能在渦輪噴嘴和斗葉(buckets)上形成硬質腐蝕性沉積物，從而降低熱氣體路徑的部件壽命以及總體性能和可靠性。
[0003]可以向燃料流增加鎂基化合物，以便減輕釩的腐蝕作用。鎂可以與釩形成相對較低熔點的合金。可以更容易地從渦輪噴嘴、斗葉、以及其它的熱氣體路徑部件的表面去除這些鎂合金。然而，已知的用于向燃油流增加鎂的方法可能造成燃料流中保護性鎂的非均勻混合物。這樣一來，并非所有的熱氣體路徑部件都可以充分或一致地受到保護。此外，燃油流中的鎂結塊(slugging)可能中斷整個燃料輸送系統的操作。
[0004]因此，期望改進的系統和方法以用于提供經過雜質去除處理以便在燃氣渦輪發動機中燃燒的重質燃油等。這種改進的系統和方法可以更好地向重質燃油流輸送鎂，以便減少熱氣體路徑部件腐蝕，并且因此改進部件壽命以及提高總體燃氣渦輪機性能和可靠性。
【發明內容】
[0005]因此，本申請以及所獲得的專利提供一種用于燃氣渦輪發動機的燃料輸送系統，所述燃料輸送系統用于與重質燃油流一起使用。所述燃料輸送系統可以包括與燃氣渦輪發動機連通的一條或多條燃料線路以及定位在所述一條或多條燃料線路上游的鎂混合系統。所述鎂混合系統可以包括:鎂流和載體流體流；載體混合室，所述載體混合室用于混合所述鎂流與所述載體流體流，以形成混合載體流；以及重質燃油混合室，所述重質燃油混合室用于混合所述重質燃油流與所述混合載體流。
[0006]其中，所述一條或多條燃料線路包括分流器。
[0007]其中，所述分流器包括與所述一條或多條燃料線路連通的一根或多根歧管。
[0008]其中，所述鎂混合系統包括鎂容器和鎂泵。
[0009]其中，所述鎂混合系統包括載體容器和載體泵。
[0010]其中，所述載體流體包括柴油燃料。
[0011]其中，所述柴油燃料包括4號油與2號油的共混物。
[0012]其中，所述載體混合室包括與所述鎂流連通的一個或多個成角度逆流噴嘴。[0013]其中，所述重質燃油混合室包括與所述混合載體流連通的一個或多個成角度逆流噴嘴。
[0014]其中，所述重質燃油流和所述混合載體流混合以形成均勻流。
[0015]其中，所述燃料輸送系統還包括位于所述鎂混合系統上游的主燃料泵。
[0016]其中，所述燃料輸送系統還包括位于鎂混合系統上游的清潔燃料容器。
[0017]其中，所述燃料輸送系統還包括位于鎂混合系統上游的旋流器。
[0018]其中，所述燃料輸送系統還包括位于鎂混合系統上游的原燃料容器。
[0019]本申請以及所獲得的專利還提供一種向燃氣渦輪機提供重質燃油流的方法。所述方法可以包括以下步驟:將鎂流與載體流體流混合，以形成混合載體流；將所述重質燃油流泵送至混合室；在所述混合室中將所述重質燃油流與所述混合載體流混合，以形成均勻流；以及使所述均勻流流向燃氣渦輪機。
[0020]本申請以及所獲得的專利還提供一種用于燃氣渦輪發動機的鎂混合系統，所述鎂混合系統與重質燃油流一起使用。所述鎂混合系統可以包括:鎂流；載體流體流；載體混合室，所述載體混合室用于混合所述鎂流與所述載體流體流，以形成混合載體流；以及重質燃油混合室，所述重質燃油混合室用于將所述重質燃油流與所述混合載體流混合。
[0021 ] 其中，所述鎂混合系統包括鎂容器和鎂泵。
[0022]其中，所述鎂混合系統包括載體容器和載體泵。
[0023]其中，所述載體流體包括柴油燃料。
[0024]其中，所述載體混合室包括與所述鎂流連通的一個或多個成角度逆流噴嘴。
[0025]在結合若干附圖以及所附權利要求閱覽下文的詳細描述之后，對于本領域普通技術人員而言，本申請以及所獲得的專利的這些和其它的特征和改進將變得顯而易見。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0026]圖1是燃氣渦輪發動機的示意圖，其中示出了壓縮機、燃燒器和渦輪。
[0027]圖2是可以如本申請中所描述的并且如可以與圖1的燃氣渦輪發動機的燃燒器等一起使用的重質燃油輸送系統的示意圖。
【具體實施方式】
[0028]現在參照附圖，其中相似的附圖標記在全部若干示圖中表示相似元件，圖1示出了可以如本申請中所使用的燃氣渦輪發動機10的示意圖。燃氣渦輪發動機10包括壓縮機
15。壓縮機15對進入空氣流20進行壓縮。壓縮機15將壓縮空氣流20輸送至燃燒器(或燃燒室)25。燃燒器25將壓縮空氣流20與加壓燃料流30混合并且點燃混合物以產生燃燒氣體流35。盡管僅示出了一個燃燒器25，但是燃氣渦輪發動機10可以包括任何數量的燃燒器25。燃燒氣體流35接著被輸送至渦輪40。燃燒氣體流35驅動渦輪40，以便產生機械功。渦輪40中所產生的機械功通過軸45驅動壓縮機15和外部負載50 (例如發電機等)。
[0029]燃氣渦輪發動機10可以使用天然氣、低等級燃油(例如重質燃油)、各種類型的合成氣以及/或者其它類型的燃料。燃氣渦輪發動機10可以是由紐約斯卡奈塔第(Schenectady, New York)的通用電氣公司(General Electric Company)提供的多種不同的燃氣渦輪發動機中的任何一種，其中包括但不限于例如F7 (frame-7)系列或F9(frame-9)系列重型燃氣渦輪發動機等燃氣渦輪發動機。燃氣渦輪發動機10可以具有不同的構造并且可以使用其它類型的部件。本申請中也可以使用其它類型的燃氣渦輪發動機。本申請中還可以一起使用多個燃氣渦輪發動機、其它類型的渦輪機以及其它類型的發電設備。
[0030]圖2示出了可以如本申請中所描述的燃料輸送系統100。燃料輸送系統100可以與如上文所描述的燃氣渦輪發動機10的燃燒器25等一起使用。燃料輸送系統100可以將重質燃油110流等輸送至燃燒器25。本申請中還可以使用其它類型的低等級燃料，其中包括殘余燃油等。如上文所描述的，重質燃油110流中可能包括例如釩等的污染物。
[0031]重質燃油110可以儲存在原燃料容器120中。原燃料容器120可以具有任何尺寸、形狀或構造。重質燃油110可以于原燃料容器120的下游在離心機130或其它類型的分離裝置中經歷處理步驟。離心機130可以去除較重的雜質以及水、溶劑、吸收劑等。離心機130可以采用傳統設計。重質燃油110可以儲存在清潔燃料容器140中。清潔燃料容器140可以具有任何尺寸、形狀或構造。重質燃油110除了本申請中所描述的那些之外，可以在原燃料容器120和/或清潔燃料容器140之前或之后經歷處理步驟。
[0032]燃料輸送系統100可以包括位于清潔燃料容器140下游的主燃料泵150。主燃料泵150可以采用傳統設計。主燃料泵150可以通過一個或多個選擇閥160和過濾器170與清潔燃料容器140連通。過濾器170還可以從重質燃油110流中去除呈顆粒等形式的污染物。分流器180可以定位在主燃料泵150下游。分流器180可以根據所使用的燃燒器25的數量來將重質燃油110流分開。分流器180可以包括與燃燒器25連通的多根歧管190以及多個輸出燃料線路200。盡管示出了十九(19)條輸出燃料線路200，但是本申請中可以使用任何數量的燃料線路200。截止閥210和旁路線路220可以定位在主燃料泵150與分流器180之間。本申請中可以使用其它的部件和其它的構造。
[0033]燃料輸送系統100還可以包括如本申請中所描述的鎂混合系統230。鎂混合系統230可以包括儲存在鎂容器250中的一定體積的鎂240。鎂容器250可以具有任何尺寸、形狀或構造。鎂混合系統230還可以包括儲存在載體容器270中的一定體積的載體流體260。載體容器270可以具有任何尺寸、形狀或構造。在該例子中，載體流體260可以是柴油燃料280。具體而言，柴油燃料280可以是4號油(重質油氣份額(cut))和2號油(輕質油氣份額)的百分之零到百分之百(O: 100%)的共混物。本申請中可以使用其它的共混物以及其它類型的載體流體260。本申請中可以使用其它的部件和其它的構造。
[0034]鎂混合系統230可以包括載體混合室290。鎂容器250可以通過鎂泵300與載體混合室290連通，并且載體容器270可以通過載體泵310與載體混合室290連通。泵300、310可以是正位移泵和/或高壓頭泵(high head pump)等。還可以使用多個截止閥320、止回閥330、旁路線路340等。載體混合室290可以包括用于鎂240流的多個成角度逆流噴嘴(angled counter flow nozzles) 350。鎂240流可以通過成角度逆流噴嘴350以一定角度被噴射進入載體流260中以在其中良好混合而不使用移動部件。還可以通過比載體流體260高的壓力將鎂240流注入載體混合室290中來促進良好混合。載體混合室290可以具有任何尺寸、形狀或構造。因此，混合載體流360可以離開載體混合室290。本申請中還可以使用其它的部件和其它的構造。
[0035]鎂混合系統230還可以包括重質燃油混合室370。重質燃油混合室370可以定位在主燃料泵150與分流器180之間，優選地緊鄰分流器180的上游，但是本申請中可以使用其它位置。重質燃油混合室370可以與上文所描述的載體混合室290相類似并且其中可以包括成角度逆流噴嘴350而不使用移動部件。重質燃油混合室370可以具有任何尺寸、形狀或構造。使用成角度逆流噴嘴350還促進其中流體的良好混合。混合載體流360也可以在比重質燃油110流高的壓力下被注入。重質燃油混合室370因此使重質燃油110流與其中具有鎂的混合載體流360混合。因此，均勻流380可以離開重質燃油混合室370并且流向分流器180和燃氣渦輪發動機10的燃燒器25。還可以使用各種類型的流量控制閥390、截止閥400和止回閥410。本申請中還可以使用其它的部件和其它的構造。
[0036]本申請中所描述的各種閥和泵可以進行控制和調節以將防腐添加劑輸送和分配到載體流體中、以將具有防腐添加劑的載體流體輸送和分配到重質燃油中、以及以將反腐添加劑輸送和分配到重質燃油中形成均勻溶液。本申請中可以使用其它的流體組合。
[0037]因此，將重質燃油混合室370定位在分流器180的正上游提供了最小的混合物分離的停留時間或者最小的重質燃油成分流失。同樣地，使用柴油燃料280作為預混載體流360中的載體流體260改進了與重質燃油110的混合過程，以便提供均勻流380。均勻流380促進了保護性鎂240流的充分輸送。因此，鎂240流與重質燃油110內的釩等結合，以產生可以在常規維護等期間從熱氣體路徑部件清洗掉的軟灰。因此，均勻流380降低了可能由于釩而造成的熱氣體路徑部件腐蝕的程度，以便改進燃氣渦輪發動機10的總體可靠性和有效性。
[0038]應當顯而易見的是，上文僅涉及本申請以及所獲得的專利的某些實施例。在不偏離如由所附權利要求及其等同形式所限定的本發明的大體精神和范圍的情況下，本領域普通技術人員可以在本申請中進行多種改變和改型。
【權利要求】
1.一種用于燃氣渦輪發動機的燃料輸送系統，所述燃料輸送系統與重質燃油流一起使用，所述燃料輸送系統包括: 一條或多條燃料線路，所述一條或多條燃料線路與所述燃氣渦輪發動機連通；以及 鎂混合系統，所述鎂混合系統定位在所述一條或多條燃料線路的上游； 所述鎂混合系統包括: 鎂流和載體流體流； 載體混合室，所述載體混合室用于混合所述鎂流與所述載體流體流，以形成混合載體流；以及 重質燃油混合室，所述重質燃油混合室用于混合所述重質燃油流與所述混合載體流。
2.根據權利要求1所述的燃料輸送系統，其特征在于，所述一條或多條燃料線路包括分流器。
3.根據權利要求2所述的燃料輸送系統，其特征在于，所述分流器包括與所述一條或多條燃料線路連通的一根或多根歧管。
4.根據權利要求1所述的燃料輸送系統，其特征在于，所述鎂混合系統包括鎂容器和鎂泵。
5.根據權利要求1所述的燃料輸送系統，其特征在于，所述鎂混合系統包括載體容器和載體泵。
6.根據權利要求1所述 的燃料輸送系統，其特征在于，所述載體流體包括柴油燃料。
7.根據權利要求6所述的燃料輸送系統，其特征在于，所述柴油燃料包括4號油與2號油的共混物。
8.根據權利要求1所述的燃料輸送系統，其特征在于，所述載體混合室包括與所述鎂流連通的一個或多個成角度逆流噴嘴。
9.根據權利要求1所述的燃料輸送系統，其特征在于，所述重質燃油混合室包括與所述混合載體流連通的一個或多個成角度逆流噴嘴。
10.根據權利要求1所述的燃料輸送系統，其特征在于，所述重質燃油流和所述混合載體流混合以形成均勻流。
11.根據權利要求1所述的燃料輸送系統，其特征在于，所述燃料輸送系統還包括位于所述鎂混合系統上游的主燃料泵。
12.根據權利要求1所述的燃料輸送系統，其特征在于，所述燃料輸送系統還包括位于鎂混合系統上游的清潔燃料容器。
13.根據權利要求1所述的燃料輸送系統，其特征在于，所述燃料輸送系統還包括位于鎂混合系統上游的旋流器。
14.根據權利要求1所述的燃料輸送系統，其特征在于，所述燃料輸送系統還包括位于鎂混合系統上游的原燃料容器。
15.一種向燃氣渦輪機提供重質燃油流的方法，所述方法包括: 將鎂流與載體流體流混合，以形成混合載體流； 將所述重質燃油流泵送至混合室； 在所述混合室中將所述重質燃油流與所述混合載體流混合，以形成均勻流；以及 使所述均勻流流向所述燃氣渦輪機。
16.一種用于燃氣渦輪發動機的鎂混合系統，所述鎂混合系統與重質燃油流一起使用，所述鎂混合系統包括: 鎂流； 載體流體流； 載體混合室，所述載體混合室用于混合所述鎂流與所述載體流體流，以形成混合載體流；以及 重質燃油混合室，所述重質燃油混合室用于將所述重質燃油流與所述混合載體流混口 ο
17.根據權利要求16所述的鎂混合系統，其特征在于，所述鎂混合系統包括鎂容器和鎂泵。
18.根據權利要求16所述的鎂混合系統，其特征在于，所述鎂混合系統包括載體容器和載體泵。
19.根據權利要求16所述的鎂混合系統，其特征在于，所述載體流體包括柴油燃料。
20.根據權利要求16所述的鎂混合系統，其特征在于，所述載體混合室包括與所述鎂流連通的一個或多個成角度逆流噴嘴。
【文檔編號】F02M37/22GK103670848SQ201310397759
【公開日】2014年3月26日 申請日期:2013年9月4日 優先權日:2012年9月4日
【發明者】A.I.西皮奧, P.R.費爾南德斯, S.埃卡納亞克 申請人:通用電氣公司